Acoustic modeling of electrical drives : noise and vibration synthesis based on force response superposition

• Akustische Modellierung elektrischer Antriebe : Geräusch- und Schwingungssynthese mittels Überlagerung von Strukturschwingungsantworten

Bösing, Matthias; de Doncker, Rik W. (Thesis advisor)

1. Aufl.. - Aachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University (2014)
Doktorarbeit

In: Aachener Beiträge des ISEA 71
Seite(n)/Artikel-Nr.: XII, 188 S. . Ill., graph. Darst.

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2013

Kurzfassung

In der Arbeit wird eine universelle Modellierungsmethodik für das akustische Verhalten elektrischer Antriebe vorgestellt. Ziel ist es, die Qualität der akustischen Modellierung elektrischer Antriebe zu verbessern und gleichzeitig ihre Anwendung zu vereinfachen und einer breiten Anwendergruppe zugänglich zu machen. Die Methodik basiert auf einem Systemsimulations- und einem Schwingungssyntheseansatz. Mittels des vorgestellten Verfahrens kann eine umfassende und realitätsnahe Modellierung der elektromagnetischen Geräuschanregung routinemäßig bei der Auslegung von elektrischen Antriebssystemen erfolgen. Zum Einsatz kommt ein zweistufiger Prozess. Zunächst werden offline automatisiert Kraftanregungskennfelder sowie Strukturschwingungsantworten berechnet. Hieran schließt sich als interaktiver Teil eine benutzergesteuerte Systemsimulation mit Kraftinterpolation und anschließender Schwingungssynthese an. Dieser Prozess erlaubt die Nutzung komplexer numerischer 3-D-Strukturmodelle bei gleichzeitig recheneffizienter Simulation beliebiger Betriebspunkte. Dabei lassen sich zudem Regelungseinflüsse, Raumharmonische und Schaltfrequenzkomponenten berücksichtigen. Kern der effizienten Synthese ist ein Superpositionsansatz. Für die maschineninhärenten Kraftanregungsformen werden Strukturschwingungsformen und -antworten vorherberechnet. Diese werden bei der Synthese mit den aus der Systemsimulation gewonnenen Kraftanregungsverläufen als Skalierungsfaktoren überlagert. Besonderes Augenmerk gilt der räumlichen Kraftzerlegung, so dass die zugrunde liegenden Basisfunktionen für die Aufbringung in strukturdynamischen Modellen der elektrischen Maschine geeignet sind. Der Schwingungssyntheseprozess ist für alle Maschinentypen und Bauformen geeignet, einschließlich geschrägter, Transversalfluss- oder Außenläufermaschinen. Maschinen- und Luftspaltkraftmodelle werden für permanenterregte Synchron- und Geschaltete Reluktanzmaschinen erarbeitet und in die Systemsimulation eingebettet. Veranschaulicht und verifiziert wird die Methodik anhand verschiedener Beispielmaschinen. Dabei handelt es sich um permanenterregte Synchronmaschinen für Elektro- und Hybridfahrzeuge und um eine Geschaltete Reluktanzmaschine (GRM) für Industrieanwendungen. Zur Demonstration der Anwendbarkeit der eingeführten Methodik auch auf spezielle Maschinen und Betriebszustände wird abschließend das akustische Verhalten eines Außenläufer-GRM-Traktionsantriebs mit verteiltem Umrichter in verschiedenen Fehlerzuständen synthetisiert.

Einrichtungen

• Lehrstuhl für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe [614510]
• Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe [614500]